簡述預制I型梁橋面板模板設計與驗算

鄭術鋒

中國電建市政建設集團有限公司 天津 300384

引言

中國預制梁以T梁、箱梁和空心板較為常見，對應的橋面板相對較薄，橋面板模板以“吊模法”施工居多，一般不進行模板受力驗算，巴基斯坦預制梁較多采用I型梁，其特點高寬比大、翼緣板寬度小，造成兩榀預制梁橫向凈距大，不易橋面板模板施工，且橋面板較厚，“吊模法”不適用，為便于橋面板橫坡的調整和橋面板的整體性，本文建立以預制梁馬蹄處為支點、鋼管支架為核心的“井”字形模板體系，并對其強度、剛度和穩定性進行驗算，并在實際工程中予以應用。

1 上部結構形式

上部結構采用簡支預應力I型梁，全幅共12榀預制梁，預制I型梁包括多種跨徑，橋面板均為225mm的鋼筋混凝土，相鄰預制梁凈距1.55～1.85m，其中以20m預制梁橫向凈距最大，本文以20m跨徑I型梁橋面板為例進行模板設計與驗算。

2 模板設計

2.1 中梁中間橋面板模板

對于預制梁中間橋面板部分，模板體系布置在兩片梁之間，模板體系由上下兩排縱、橫向支架、立桿、頂托、方木等組成（詳見圖1）?？v、橫向支架形成“井”字形結構，其交點布置立桿，縱、橫向支架均通過Φ48×3.5mm鋼管連接，上下兩排縱向水平桿間距均為0.6m，上下兩排保證在同一直線上，其長度宜為2.3m～2.5m，立桿高度宜為2.6m，以便于與其他預制梁通用。橫向底排水平桿距離預制梁馬蹄邊緣宜為0.3m，上下兩排保證在同一直線上，立桿步距為0.9m（25m、30m、40m預制梁步距為1.2m），立桿頂部設置頂托，在頂托上縱向布置木方，間距0.6m，橫向設置方木，間距0.2m，最后在方木上布置1.5cm厚竹膠板。為保證模板體系的穩定性，宜在橫向支架外側布置斜撐，與橫向水平桿一起支撐橋面板，間距為1.2m。

圖1 中梁中間橋面板模板示意圖（單位：mm）

2.2 中梁端部橋面板模板

對于預制梁端部橋面板部分，端部立桿支撐在橋臺或蓋梁上，端部變截面處縱向水平桿長度采用方木和頂托靈活調整，其他與中梁中間橋面板模板相同。

2.3 外邊梁橋面板模板

對于橋梁兩側懸挑橋面板部分，底排縱向水平桿與鄰近立桿進行連接，長度宜為5m，間距同臨近立桿，懸挑橋面板部分的橫向底排內側水平桿距離預制梁馬蹄邊緣宜為0.3m，橫向內外側水平桿間距為0.5m，上下兩排在同一直線上，縱橫向交點設置立桿，立桿步距為0.9m（25m、30m、40m預制梁步距為1.2m），立桿頂部設置頂托，在頂托上縱向布置木方，間距0.6m，橫向設置方木，間距0.2m，最后在方木上布置1.5cm厚竹膠板。為保證模板體系的穩定性，采用花籃螺栓和鋼筋一端與外側橫向水平桿連接，另一端與預制梁預埋至橋面板的鋼筋焊接；花籃螺栓間距為1.2m，同時在橫向支架外側布置斜撐，與橫向鋼管一起支撐懸挑橋面板，斜撐間距為0.6m。

3 模板驗算

橋面板模板荷載主要為鋼筋混凝土自重，不同跨徑I型梁其上部結構是一樣的，可以認為荷載是等值的，而不同跨徑預制梁凈距不同。其中20米梁為1.85m，為最大凈距，即最不利荷載20米預制梁進行驗算。

3.1 荷載分類及組合

靜載：靜載主要為梁段混凝土和鋼筋自重，以及模板支架自重，活載：施工荷載，不考慮風荷載影響。

根據路橋施工計算手冊要求[1]，在梁段自重上增加的荷載有：砼單位體積的重量26KN/m3，傾倒砼產生的荷載4.0KN/m2，振搗砼產生的荷載2.0KN/m2，模板和支架產生的荷載2.0KN/m2，施工人員及施工機具運輸或堆放荷載2.5KN/m2。按《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規范》[2]5.1.2荷載分項系數取值：鋼筋砼自重1.2、模板及支架自重1.2，其他荷載取1.4。20米半幅一跨橋面板鋼筋20t，混凝土72m3，假定重量全部均勻分布在支架模板上，梁長按20m計算，寬度1.85米，則模板單位面積荷載為(72m3×26kN/m)/20m/1.85m/5=10.12kN/m2，面積對應縱向每延米重量為10.12/1.85=5.47kN/m。

3.2 支架設計與驗算

支架間距初步設計

根據路橋施工計算手冊，橋面板處每平方米所需要的立桿數：1.2q1/[N]=1.2×10.12/30=0.40，取安全系數為1.3，則為0.53。初定橋面板縱橫間距為：1.5×1.5=2.25m2>1/0.53=1.89m2不滿足要求。

3.3 支架計算分析及驗算

橋面板A處，縱向每延米上部結構的靜載+活載為：

Q1=1.2×10.12+1.4×（2.5+2+4+2）=26.84kN/m2

模板支架頂部荷載通過頂托傳遞給立桿。立桿的縱向間距為1.5m，橫向間距為1.5m，立桿承受的荷載有：N=1.5×1.5×26.84=60.399>[N]=30kN 不滿足承重要求，故橫向間距調整為1.25m（取中間間距最大值），縱向間距為0.6m，N=0.6×1.25×26.84=20.13<[N]=30kN，滿足要求。

[N]=30kN是依據《建筑施工腳手架實用手冊》[3]，步距為1.2m 時，立桿允許荷載Pmax=30kN/根。

（1）梁體縱橫向方木的強度和剛度驗算

由前述可知縱向采用10cm×10cm的方木，縱向間距為60cm，橫向采用的方木為10cm×10cm，橫向間距為20cm。

1）梁體縱向方木的強度驗算

支架采用10cm×10cm方木，方木間距按0.6m布置，荷載的取值：橋面板荷載取值26.84kN/m2，梁面荷載：q＝26.84×0.6＝16.10kN/m。

①跨度的取值l＝0.6m，跨數的取值n＝1

②計算最大彎矩及剪力值：Mmax＝1/8×ql2＝0.72KN.m，Qmax＝1/2×ql＝4.83kN

③正應力及剪應力驗算

W＝1/6bh2＝166.67cm3，b＝10 cm，h＝10cm，σmax＝Mmax÷W＝4.32Mpa＜[σ]＝15.0Mpa(木材的容許彎拉強度值)，方木正應力滿足要求。

τ＝QmaxS/(Ib)，其中 S＝1/8bh＝125cm3， I＝1/12bh3=833.33cm4，b、h值同上，τ＝0.72Mpa＜[τ]＝2.0Mpa(木材的容許剪應力值)，梁體方木的剪應力滿足要求。

2）梁體縱向方木的剛度驗算

fmax＝5ql4/(384EI)=0.097mm

其中彈性模量E＝10×109pa，I＝2.81×10-5m4，q＝16.10kN/m，l＝0.6m，梁體縱向木方的剛度滿足要求。

3）梁體橫向方木的強度驗算

支架采用10cm×10cm方木，其間距按0.2m布置

①荷載的取值：橋面板荷載取值26.84kN/m2，梁面荷載：q＝26.84×0.2＝5.37kN/m

②跨度的取值l＝0.2m，跨數的取值n＝1

③計算最大彎矩及剪力值； Mmax＝1/8×ql2＝0.03kN.m，Qmax＝1/2×ql＝0.54kN

④正應力及剪應力驗算

W＝1/6bh2＝166.67cm3，b、h值同上，σmax＝0.18Mpa＜[σ]＝15.0Mpa(木材的容許彎拉強度值)， 方木正應力滿足要求。

τ＝QmaxS/(Ib)，其中S、I 、b、h值同上，τ＝0.81Mpa＜[τ]＝2.0Mpa(木材的容許剪應力值)，梁體橫向方木的剪應力滿足要求。

4）梁體橫向方木的剛度驗算

fmax＝5ql4/(3 8 4 E I)=0.0039 mm

（2）立桿的穩定性驗算

扣件式鋼管截面特性依據《路橋施工計算手冊》[1]支架計算表13-4取值，根據《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規范》[2]單根立桿的穩定性按N≤φA f計算。立桿長細比λ=（kμh/i）=(1.155×1.05×1200）/15.78=92.22，查本規范附錄A表A.0.6值得φ=0.648

N/(A×φ)≤f，N取以上最不利值20.13kN，20.13×1000/(489×0.648)=63.53Mpa<205Mpa，滿足要求。

5 施工過程說明

橋面板模板施工應在橫隔板施工完成后進行，在模板體系施工完成后，分別在墩臺變截面處、跨中、L/4跨的支架立桿的底板、頂部設置觀測點，觀測高程的變化，觀測時間為混凝土澆筑完畢時間、混凝土養護7天和28天時間，經過對觀測數據的審核、分析對比，高程變化值在5mm以內，滿足規范和預期要求。橋面板混凝土強度達到設計強度之后，再進行模板拆除，對于外側防撞護欄，宜在橋面板混凝土達到設計強度之后，再進行施工。

6 結束語

本文以巴基斯坦PKM公路項目為依托，建立橋面板“井”字形模板體系，并進行了設計與驗算，得出以下結論：一是橋面板“井”字形模板體系適用于橋面板較厚、橋面系荷載大的上部結構，該方法結構安全、澆筑整體性好。二是橋面板“井”字形模板體系受力明確、簡單，取材方便，工作面多，在施工工期、技術經濟性上都有較大的優勢。三是橋面板“井”字形模板體系技術要點在于按設計的體系進行搭設，在澆筑混凝土過程中和養護期加強對模板體系的監控量測。